Расчет и конструирование принятого варианта фундамента для 5 остальных сечений

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

Кафедра оснований и  фундаментов

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект №1

по основаниям и фундаментам

 

 

 

 

 

Выполнила         

 

 

Проверила         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород

2010 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………3

1. Обработка физико-механических  характеристик грунтов строительной  площадки…………………………………………………………………………3

1.1 Обработка результатов  испытаний грунта штампом…………………..7

1.2. Обработка результатов  компрессионных испытаний грунта…………8

2.Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства……10

3. Конструктивная характеристика здания……………………………………12

3.1. Определение нагрузок на фундаменты в расчетных сечениях………12

3.2. Выделение расчетных сечений и определение соответствующих расчетных нагрузок……………………………………………………………..13

4. Расчет и конструирование фундаментов мелкого заложения……………..21

4.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента……………..21

4.2. Определение ширины подошвы фундамента…………………………22

4.3. Конструирование ленточного фундамента из сборных элементов….24

4.4. Проверка напряжений под подошвой фундамента……………………25

5. Определение осадки грунтового основания………………………………...27

6. Расчет и конструирование свайного фундамента…………………………..31

7. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов……………...33

8. Расчет и конструирование принятого варианта фундамента для 5 остальных сечений………………………………………………………………37

9. Литература…………………………………………………………………….46

 

 

Введение

 

Целью настоящего проекта  является обработка физико-механических характеристик грунтов строительной площадки, оценка инженерно-геологических условий площадки строительства; в зависимости от конструктивных особенностей проектируемого здания и инженерно-геологических условий строительной площадки рассмотреть возможные варианты фундаментов, на основе технико-экономического сравнения вариантов фундаментов выбрать наиболее экономичный.

 

Исходные данные

 

Район строительства – г. Тверь. Здание 5-этажное, двухсекционное. Наружные и внутренние стены выполнены из глиняного кирпича. В здании имеется подвал высотой 2,3 м, чердак высотой 1,7 м. Кровля плоская, состоит из четырех слоев рубероида на мастике, в роли защитного слоя выступает гравий. Плиты перекрытия железобетонные многопустотные по серии 1.141-1.

На участке строительства пробурено три скважины. Каждая скважина прошла два слоя грунта и заглубилась в третий. Первый слой грунта испытан в полевых условиях штампом, второй и третий слои испытаны в лаборатории. На глубине погружения скважины грунтовых вод не обнаружено.

 

 

1. Обработка физико-механических характеристик грунтов

строительной  площадки.

 

1) Инженерно-геологический элемент №1 (ИГЭ-1).

Требуется вычислить  необходимые физические характеристики грунта в дополнение к определенным в геотехнической лаборатории ρ_s=2,65 г/см³, ρ=1,70 г/см³, ω=10%, угол внутреннего трения φ=33º.

Коэффициент пористости определяем по формуле

 

где ρ_s – плотность частиц грунта, г/см³

ρ – плотность грунта, г/см³

ω – природная влажность, %

 

Т.к. ρ_s=2,65 г/см³, то намывные пески средней крупности, тогда при е>0,7 – пески рыхлые.

Пористость 

Плотность грунта во взвешенном водой состоянии определяется по формуле

где ρ_w – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³

Удельный вес грунта во взвешенном состоянии

где g=10 м/с² – ускорение свободного падения.

 

Плотность грунта в сухом  состоянии определяется по формуле

Удельный вес грунта в сухом состоянии 

Коэффициент водонасыщения грунта определяется по формуле

, т.е. по табл. 2.2.[1] пески маловлажные.

Расчетное сопротивление для песков не нормируется.

 

2) ИГЭ-2.

Требуется вычислить необходимые  физические характеристики грунта в  дополнение к определенным в геотехнической лаборатории ρ_s=2,71 г/см³, ρ=1,77 г/см³, ω=15%, ω_р=17%, ω_L=29%, φ=22º, удельное сцепление С_II=30 кПа.

 

Название грунта определяется по числу  пластичности по табл. 2.4.[1]

I_p=ω_L-ω_p=29-17=12% - суглинок

Здесь ω_L – граница текучести, %;

ω_p – граница раскатывания, %

 

По показателю текучести

суглинок характеризуется  как твердый по табл. 2.5.[1].

 

Коэффициент пористости определяем по формуле

Пористость 

 

Плотность грунта во взвешенном водой состоянии определяется по формуле

 

Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии

Плотность грунта в сухом  состоянии определяется по формуле

Удельный вес грунта в сухом состоянии

 

Коэффициент водонасыщения  грунта определяется по формуле

Расчетное сопротивление суглинка составит R₀=240 кПа по табл. 3.1.[1].

 

3) ИГЭ-3.

Требуется вычислить  необходимые физические характеристики грунта в дополнение к определенным в геотехнической лаборатории ρ_s=2,75 г/см³, ρ=1,80 г/см³, ω=18%, ω_р=17%, ω_L=40%, φ=18º, С_II=50 кПа.

 

Название грунта определяется по числу пластичности по табл. 2.4.[1]

I_p=ω_L-ω_p=40-17=23% - глина.

 

По показателю текучести          глина характеризуется как полутвердая по табл. 2.5.[1].

 

Коэффициент пористости определяем по формуле

Пористость 

 

Плотность грунта во взвешенном водой состоянии определяется по формуле

 

Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии 

 

Плотность грунта в сухом  состоянии определяется по формуле

 

Удельный вес грунта в сухом состоянии    

Коэффициент водонасыщения  грунта определяется по формуле

, т.е. по табл. 2.2.[1] глины влажные.

Расчетное сопротивление  песков составит R₀=300 кПа по табл. 3.1.[1].

 

Результаты определений  заносим в сводную таблицу 1.

 

 

 

Физико-механические характеристики грунтов

Таблица 1.

Тип грунта	Удельный вес твердых  частиц, кН/м3	Удельный вес, кН/м3	Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии, кН/м3	Удельный вес сухого грунта, кН/м3	Коэффициент пористости	Пористость	Природная влажность	Коэффициент водонасыщения	Влажность на границе  текучести	Влажность на границе  раскатывания	Число пластичности	Показатель текучести	Угол внутреннего трения, градус	Удельное сцепление, кПа	Модуль деформации, кПа	Расчетное сопротивление грунта оснований, кПа
	γs	γII	γsb	γd	e	n	ω	Sr	ωL	ωp	Ip	IL	φII	CII	E	R0
Песок средней крупности	26,5	16,8	9,6	15,5	0,71	0,42	10	0,37	-	-	-	-	33	-	18254	-
Суглинок	27,1	17,5	9,7	15,4	0,76	0,43	15	0,53	0,29	0,17	0,12	-0,17	22	30	20742	240
Глина	27,5	17,8	9,8	15,3	0,80	0,44	18	0,62	0,40	0,17	0,23	0,04	18	50	20302	300

 

1.1 Обработка результатов испытаний грунта штампом.

 

Требуется определить модуль деформации грунта по результатам испытания  грунта штампом в полевых условиях – график S=f(p).

 

Грунт – песок средней крупности, рыхлый.

В соответствии с ГОСТ 12374-77 «Грунты. Методы полевого испытания  статистической нагрузкой» модуль деформации грунта Е вычисляется для прямолинейного участка графика по формуле:

где ν – коэффициент Пуассона, для песков ν=0,3

ω – безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,79;

d – диаметр штампа, м;

ΔР – приращение давления между двумя точками на осредняющей  прямой, кПа;

ΔS – приращение осадки штампа между теми же точками, соответствующее ΔР, м.

 

Для рассмотрения случая испытания песка стандартным штампом площадью А=5000 см² , диаметром d=0,798 м, модуль деформации определится:

.

 

 

 

 

1.2. Обработка результатов компрессионных испытаний грунта

 

1) ИГЭ-2.

Требуется определить модуль деформации грунта Е по результатам испытания грунта в компрессионном приборе – график зависимости e=f(p).

Грунт – суглинок.

Используя нормативные  рекомендации, определяем коэффициент  сжимаемости в интервалах давления 100-200 кПа.

 

 

Модуль деформации по компрессионным испытаниям определится

где β – безразмерный коэффициент, принимаемый для суглинков 0,62.

 

Приведенный модуль деформации:

где m_к – корректирующий коэффициент, принимаемый по табл. 2.2 [1].

для суглинка с коэффициентом  пористости e=0,76 корректирующий коэффициент m_к=3,89. Тогда приведенный модуль деформации:

 

 

 

 

2) ИГЭ-3.

Требуется определить модуль деформации грунта Е по результатам испытания грунта в компрессионном приборе – график зависимости e=f(p).

 

 

Грунт – глина.

Используя нормативные  рекомендации, определяем коэффициент  сжимаемости в интервалах давления 100-200 кПа.

 

 

Модуль деформации по компрессионным испытаниям определится

где β – безразмерный коэффициент, принимаемый для глин 0,4.

 

Приведенный модуль деформации:

где m_к – корректирующий коэффициент, принимаемый по табл. 2.2 [1].

для глин с коэффициентом пористости e=0,80 корректирующий коэффициент m_к=5,75. Тогда приведенный модуль деформации:

 

 

 

 

2. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства.

 

Инженерно-геологический  разрез, выполненный по данным трех буровых колонок, приведен на рис. 2. Указанное расстояние между буровыми скважинами соответствует их положению на плане размещения геологических выработок (рис.1).

Площадка характеризуется  благоприятными условиями для строительства: имеет относительно ровный рельеф, отмечается горизонтальное простирание слоев грунта.

Рис.1.  План размещения геологических  выработок. 

Рис.2. Инженерно-геологический разрез 

Обозначения инженерно-геологических  элементов:

I – пески техногенные (намывные), современного возраста, средней крупности, рыхлые, маловлажные;

II – суглинок делювиальный, современного возраста, твердый, влажный;

III – глина делювиальная, позднечетвертичного возраста, полутвердая, влажная.

 

В геологическом отношении площадка строительства представлена следующими геологическими элементами:

I – песок средней крупности, рыхлый, маловлажный. γ_II=16,8 кН/м³, e=0,71, S_r=0,37, Е=18254 кПа, толща 3-4 м, который может быть использован в качестве естественного основания.

II – суглинок твердый, γ_II=17,5 кН/м³, e=0,76, S_r=0,53, I_L=-0,17, E=20742 кПа, R₀=240 кПа, толща 6-7 м, который может быть использован в качестве естественного основания.

III - глина полутвердая, влажная, γ_II=17,8 кН/м³, e=0,8, S_r=0,62, I_L=0,04, E=20302 кПа, R₀=300 кПа.

 

 

3. Конструктивная  характеристика здания.

 

3.1. Определение нагрузок на фундаменты в расчетных сечениях.

 

При выполнении курсового  проекта расчет фундаментов производится в 6-ти сечениях, указанных на плане  типовой секции здания (рис.3).

 

Расчет производится по двум группам предельных состояний:

- по первой группе  предельных состояний (прочности  и несущей способности) проверяется  прочность конструкций фундаментов  и устойчивость сооружения; расчет  производится по расчетным усилиям,  определяемым с учетом коэффициента  надежности по нагрузке γ_f=1,8;